創(chuàng)新SI多功能爬壁機器人

項目申報表燥項目名稱:豐多圣功科能爬壁機器道人六學校名稱勝湖南大學乳學生姓名捆專摟業(yè)灘性別叢入學年僑份螞金睿賺工程力學哨男喪201播3厲李雷蝶機械設計制床造及其自動旬化意男蜂201釋2踩王琨淇贊機械設計制株造及其自動看化燕男蹈2023傭韓進華磨機械設計制料造及其自動團化桿男旗2023獻指導教師增金秋談拜職稱嗚副教授揚學科專業(yè)吩機械設計理攀論父學生曾經(jīng)參科與科研的情卡況宏湖南省工程氏模型剛設計制作料大賽擾犯努獲省級罷二等獎校大學生幅工程淚能力賺訓練大賽絕止貞窮獲黨省級鄙三等獎顆挑戰(zhàn)杯桂湖南大學兔校賽另袍菠信獲按校嚴級涼一等獎羞指導教師承僻擔科研課題年情況冊1995-司2003參臥與小型水稻隆聯(lián)合收割機嗓研發(fā)，通過狀省級成果鑒簽定，200截2年參與類貪菱形新概念淡成研發(fā)，頸2006年沾參與四輪三孩軸月球車的唱結構設計及很著陸器的結而構設計；本慎項目為教育話部的重點項吊目。200宅8年參與無理人駕駛汽車聽機械結構設賞改造設計；箭獲全國智能匆車大賽冠軍繼。2023陣年參與中氣赤子項劈“室基于新概念兄通用底盤的狼關鍵技術研挪究請”葵，2023環(huán)年主持重慶絲市紡“糖151裁”貫汽車產(chǎn)業(yè)升頓級轉型重大潤專項-C級昨車AMT變釣速箱摘掛擋專及離合器執(zhí)勸行器開發(fā)，享2006年他指導學生參西與全國第二洪屆大學生機曠械設計創(chuàng)新爪大賽，項目總獲國家級三益等獎，20桑11級評為考優(yōu)秀畢業(yè)設隨計指導老師祖，2023震年第五屆全靜國大學生機夾械設計創(chuàng)新芒大賽二等獎栽，2023禿年獲全國大共學生挑戰(zhàn)杯練銀獎。20秧13年獲全頭國大學生挑慮戰(zhàn)杯省賽二徹等獎。指導經(jīng)SIT國家諸級重點項目軍五項，組織袋第五屆、第幸六屆全國大管學生機械創(chuàng)暮新設計大賽偷湖南大學選部拔賽，兩項狼發(fā)明專利（它第一作者）果。灰項目研究和常實驗的目的灑、內(nèi)容和要摘解決的主要朝問題壁1、數(shù)項目研究的鍋目的疼和要解決的李主要問題顛：抵現(xiàn)代城市高想樓林立，采野用以的急瓷磚或玻璃封結構的大廈頌壁面常年裸陳露在外，需睛要進行維護仆和清潔。遼通過查閱相丙關文獻資料毯和實地調(diào)研繳發(fā)現(xiàn)，泡迄今為止，絡這類工作仍般由人工搭乘曠吊籃完成，蔑不僅效率低法、成本高，捷而且對人身炎安全和大樓管壁面構成極采大威脅收，下圖中的跨“任蜘蛛俠糠”任想必我們已澤經(jīng)司空見慣葉。尚霞螞企獄圖脆1瓷磚墻醒壁摘體庸記圖2梳玻璃幕墻盆外國腔圖3嚷人工高空外浮墻清洗猾沸獨圖4柏城市蜘蛛笑俠適并且偵隨著科學技返術的發(fā)展，吧生活趨向自眉動化卷、迅智能化，琳術瑯滿目的機猾器人有效地炸提高了生產(chǎn)繁、生活效率誰，改進生產(chǎn)牛、補生活質(zhì)量。退同時訂在《國家中釋長期科學和吉技術發(fā)展規(guī)馳劃綱要（2彎006-2給020年）翠》中，明確繞指出將機器產(chǎn)人作為未來凡優(yōu)先發(fā)展的竿戰(zhàn)略高際新遙技術。綜夸上拋所述研究并勾制作一種爬檢壁甲機器人，代末替人類從事預危險性死與帖重復性高的得體力活動，岸為人們的生搞活提供更大舉的安全和方氣便，刻不容齡緩。梅并且，未現(xiàn)在市場上京的壁面清潔聞機器人類型啄較少并且很治雜，普遍采廳用的是真空命吸附交替行速走的足爬方忍式。其真空源吸附分為單堅吸盤和多吸遞盤兩種形式藝，單吸盤無貴冗長性，一魄旦不抽風便皂立刻會脫落牌；多吸盤的畜壁面若有凸取凹或裂縫則訓會產(chǎn)生真空倍泄漏，兩種拆吸附都不盡府人意，并且藥清潔機器人單體積比較大飯，清潔過程寶很復雜。題查詢已有油專利號為C留N嶼1042叛16407削順A兵公布的濟一種肥爬墻機器人揀（圖5），那它的主要結寬構包括蝸損輪哄吸附裝置、撿驅(qū)動裝置和疏清理棉裝置，其工蘋作原理是界利用渦輪1歸1產(chǎn)生氣壓灘差使遙控車愁主體10吸肢附在墻面弄，驅(qū)動車輪舞102每控制車主體工10在墻面豪上爬行，爬梢行過程中清想理裝置16脅會對經(jīng)過的尼墻面進行清棕理鎮(zhèn)。上述技術些方案利用類縱似于直升機慣螺旋槳的原爺理而設計，烈盡管能產(chǎn)生塑吸附，但是佛對蝸輪葉片朵的轉速要求云高，功率要躍求大，從而池使整個裝置魄體積大，質(zhì)麻量重，不方降便操作、攜扇帶和移動。賭此外功能單連一，不適合蟲復雜的工作巷環(huán)境，成本汗高；此機器聚人的出現(xiàn)標婚志著爬壁機凳器人興起于溪清潔領域。土圖5昨弦已有專利爬麻壁機器人議的屠或育坐與此同時，串如今耀常用投影設扯備是固定的燙，不能全方外位全角度攝月影與自拍。遍最近風靡的旋自拍神器油——哲自拍桿，也死受到距離的驗限制。該爬增壁機器人可貴在壁面上攜宿帶微型攝像尺頭任意行走育，自動捕捉惠識別人臉，律圖像通過藍陪牙自動傳輸優(yōu)至移動終端映設備，帶來本極大便利。模此外在機器場人上可配備肺微型投影儀蜂，通過控制庸系統(tǒng)輸入源福文件，經(jīng)過貧融合調(diào)試，低組建成顯示話系統(tǒng)。隨著污機器人運動妥而形成移動劃的投影，可頂有效地渲染辯各種效果。虛我們也注意背到，溝墻繪作為建普筑物的附屬解部分，它的全裝飾和美化籃功能使它成探為環(huán)境藝術棄的寵兒。目膽前墻繪普遍抽均由人工繪窄制而成（如捕圖7），耗蜻時長，對工哭人水平要求勒高。在機器磁人功能末端巴上安裝可拆蕉卸的顏料繪濱筆，通過控培制系統(tǒng)，在屈移動終端設島備上輸入需栽要的繪畫程煉序，通過控煤制機器人運里動軌跡完成畢墻繪。人工違與機器特點帥對比見表1丙。人工墻繪機器墻繪缺點：對工人技術要求高、效率較低，成本高、工作時所占空間較大，一般只能在裝修期間進行繪圖。優(yōu)點：能繪制出較為規(guī)整復雜的圖形，成本低、效率高、工作時所用空間較小，不受空間限制。但熱降哭騰表1人卻工與機器特龍點對比策彼圖增6攜人工墻繪宋鑒于此，斗我們小組通泊過市場調(diào)研機和論證后決椒定設計一種硬高效的便攜敘式多功能爬躲壁機器人來甜彌補這方面炎的空白。帝2、喇研究耕內(nèi)容播和要解決的樣問題姑：緣該項目以高章層建筑作業(yè)樂比較困難為斗創(chuàng)意來源，胳通過真空式氣主輔雙層四縮吸盤實現(xiàn)真疼空吸附粉，可以跨越沸縫隙，氣密性性好，安全置性高；采用輔大變形柔性記鉸鏈，實現(xiàn)往豎直平面至嘗天花板的翻跌轉；通匪過變速箱減匯速，由主軸寨驅(qū)動硅膠履甜帶實現(xiàn)靈活甜運動與轉向訊；礦該機器人集奴機械結構，種電氣控制，枯終端操引縱預于一體，是秤一臺機電一假體化銷、自動化、序智能化戚的代表產(chǎn)物丈，可廣泛應占用于生活各伙個方面。茂對于普通家鄭庭，可作為耽清潔利器，漆能清潔有縫搭隙的多種壁豪面，在各個芳墻面間實現(xiàn)虛翻轉株；對于電器打愛好者，可棋作為二次開煩發(fā)的模型，競制作出更加帝便利的產(chǎn)品換；對于學校敘或科普館，遍該機器人可砌用于科普教槐育，開啟學使生想象力大郵門的鑰匙；丑對于高層維榆護人員，房降低高層建召筑的作業(yè)成牛本，改善工膛人的勞動環(huán)紛境的同時提備高了勞動生券產(chǎn)率；嚼對于產(chǎn)品韻宣傳副，移動投影菜作為“可移船動的電視”芳，給產(chǎn)品潤樹色了許多；口同時，作為鄙一款拓展性甜強大的產(chǎn)品閉，可以用作嶄攝像、自拍補、墻繪等功高能，也可用坡作監(jiān)控、壁貓面檢查等安善全功能；言以求覆用途廣泛，緊達到更高的處實用價值聽。主要功能拓展功能本作品用于自動清潔瓷磚、玻璃、粉刷墻等壁面，實現(xiàn)壁面間翻轉且可跨越縫隙。附帶多功能工具箱，手動更換功能區(qū)攜帶的工具，可以實現(xiàn)移動投影、全方位攝影以及墻繪。瞎表氣2炎功能簡表馳國外爬壁機梯器人的發(fā)展崗概況：憤爬壁機器人避是一種能夠跑在壁面爬行夏作業(yè)的機器蘋人，過去的遮幾十年里在社世界范圍內(nèi)棍得到迅速發(fā)役展。早在1腹966年，打大阪府立大奇學利用電風鑰扇進氣側低監(jiān)壓空氣產(chǎn)生銀的負壓作為扯吸附力，制炊作了一臺垂聚直壁面移動櫻機器人的原案理樣機，這荒被看作是爬省壁機器人研疾究的開端。盯而后，日本女應用技術研階究所研制出臂了磁吸附爬隨壁機器人，浮它可以吸附馬在各種大型陽構造物如油翠罐、船舶等畏的壁面，代倦替人進行檢勉查或修理等綱作業(yè)。19厲90年以來城，西班牙馬疫德里CSI畝C大學工業(yè)黨自動化研究彎所研制出一嗓種6足式爬拐壁機器人，裕該機器人為贏磁力吸附式果，具有較大權的靜載荷，情掀起了爬壁徐機器人在工裁業(yè)上應用的明熱潮。國外電在爬壁機器話人的研制和勵生產(chǎn)上，日轟本、俄羅斯災、美國等國睛起步較早，比早在20世瑞紀70年代壇開始，這些韻國家就開始層了大量的研嚇究與制造；技此后的四十疊年里，爬壁莖機器人技術褲得到了迅速脖發(fā)展，相繼研研制出了不惰同種類的樣壯機，大部分免已經(jīng)投入實瓦用。目前這號些先進工業(yè)黃國家爬壁機集器人技術處敲于國際先進加水平，在部勿分領域甚至勿還處于壟斷戲地位。近年涉來，發(fā)達國題家紛紛將突血破爬壁機器泡人技術、大緣力發(fā)展爬壁毯機器人產(chǎn)業(yè)砍作為自己的醫(yī)發(fā)展目標之援一，并將此墻產(chǎn)業(yè)作為新債世紀拉動國輩民經(jīng)濟增長紛的重要引擎域。邪國內(nèi)爬壁行熊機器人的發(fā)筍展概況：暖和國外相比秩，國內(nèi)爬壁朋機器人的研魂究起步較晚餃，應用領域壩窄，與國外芽的主要差距期體現(xiàn)在自主廳研發(fā)能力落優(yōu)后于世界先扁進水平、產(chǎn)憂學研脫節(jié)現(xiàn)甲象較為嚴重炮，創(chuàng)新體系處建設尚處于露起步階段。鼓但近幾年已低取得了很大稅進步。在國響內(nèi)自198穩(wěn)8年以來，脹在國家賽“娃863彩”賄高技術計劃鳴的支持下。偏哈爾濱工業(yè)蒜大學機器人違研究所先后砍研制成功了例采用磁吸附蘋和真空吸附欄兩個系列的得5種型號壁呆面爬行機器煙人。其中我密國第一臺壁稅面爬行遙控偷檢測機器人滋，采用負壓皺吸附，全方流位移動輪，趙用于核廢液降儲存罐罐壁碎焊縫缺陷檢尺測。上海大威學也較早開督展高樓壁面窯清洗作業(yè)機妖器人的研究路，先后研制協(xié)出垂直壁面百爬壁機器人摧和球形壁面致爬壁機器人鵲。由于傳統(tǒng)牛爬壁機器人圓具有很多不幸足之處（如旗對壁面的材幻料和形狀適沿應性不強，掩跨越障礙物晌的能力弱，薪體積大，質(zhì)傳量重等），夾因此未來爬翼壁機器人的懂結構應該向宿著實用化的件方向發(fā)展。仔面對當前的吐發(fā)展現(xiàn)狀與重趨勢，針對號我國服務機闖器人發(fā)展中妙存在的不足痛，化“往十二五諷”曲期間，國民遞經(jīng)濟和社會濾發(fā)展對我國屋服務機器人疊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尚也提出了新距的要求；并妥且隨著國民泉經(jīng)濟和社會鄙的發(fā)展，推此進國家民生帶科技領域的主應用，可以嶼預見，爬壁數(shù)機器人作為句一種戰(zhàn)略性怖新興產(chǎn)業(yè)，隆必將迎來喘新的巨大的茶發(fā)展空間。怨本項目學生招有關的研究后積累和已取盟得的成績蛋該項目已獲緞湖南大學方校級描sit立項顯資格胸該作品已通姓過湖南大學鞋挑戰(zhàn)杯初賽匯，進入省賽屑項目的創(chuàng)新吸點和特色隆1、功能設燙計創(chuàng)新疑1）績本產(chǎn)品主要石用于玻璃、域瓷磚、粉刷皆墻面等壁面商的清潔，并櫻且可以工作德于有縫隙的雞壁面，清潔鄙效率高，實功用性強。名2）通過控晚制子母機的余相對旋轉可固使機器人從影任一壁面翻浴轉至另一壁策面，如自豎摘直壁面翻轉禮至天花板。陣3）祝通過WIF師I實現(xiàn)移動輔終端APP鼓對機器人的陵控制與管理李，時尚便捷禍。閘4）附帶多焰功能工具箱藍，連接微型始投影儀，實蜻現(xiàn)移動投影芝；連接顏料憤繪筆，實現(xiàn)健墻繪；連結之攝像頭，實承現(xiàn)多角度攝烘影、自拍；遷功能豐富，解可操作性好惜，娛樂性強琴。執(zhí)2、結構設愿計創(chuàng)新龜1)采用真安空式吸盤結毯構，內(nèi)層主位吸盤采用三蕩角形最優(yōu)化如的布局結構濕，才在存在壁縫響的情況下，膝能夠保證至錘少有一個工腸作吸盤處于盼工作狀態(tài)，評增加了對壁憂面適應性，謙使用更安全剪。餡2）采用主寄輔雙層吸盤濕結構，外層蠅輔助吸盤形現(xiàn)成初步真空況，三個內(nèi)層廁主吸盤在初桿步真空中進式一步形成真切空，吸附力遺增大，氣密鉤性提高，大柿大降低主吸斯盤因為泄漏碰而失效的機勢率，運行更榜穩(wěn)定。概3）乳大錄變形柔性鉸產(chǎn)鏈具有變形肅大、疲勞強似度高等特點安，可通過其及實現(xiàn)翻轉功虹能，無需任宏何輔助動力滾且結構簡單私，自適應性診好，成本低鎮(zhèn)。慕項目的技術哥路線、進度否安排及預期加成果六1、卡技術路線：桑通過查閱相受關資料，將襲整個設計過彈程分為方案川設計、技術象設計和制作長調(diào)試三個階桿段。在產(chǎn)品釣方案設計階康段，通過市犧場調(diào)研、需倒求分析、預撲測及可行性證分析，確定橋任務設計書搖，根據(jù)任務粥設計書進行般產(chǎn)品功能原刮理的設計。腐經(jīng)狠過對設計任阿務的抽象，假建立功能結挖構三，目將產(chǎn)品設計舟模塊分為吸控附系統(tǒng)，運津動系統(tǒng)，翻仁轉系統(tǒng)和控尚制系統(tǒng)等。低其主要設計看過程國如圖忘7轉。漂圖離7塔.設計流程察圖努建立功能結陶構倒后，澇對設計任務睛進行抽象，沉確定本質(zhì)功辮能，然后建綢立功能結構陣，將復雜的勞總功能（爬沉壁）分解成搶相對較簡單阻、相互聯(lián)系晌的分功能（驕吸附、窄運動器、翻轉等）衣，通過以下棗所述實現(xiàn)魔各種功能，俊確定設計方顯案掛。封1）吸附功益能的實現(xiàn)截吸附功能是預爬壁機器人碗的根本要求祖。目前吸附己方式主要有駐真空吸附、耕磁吸附和推菠力吸附三種捷方案。每一筒種吸附方式舒都有顯著的暈特點和限制卸條件，與工死作環(huán)境的要車求、壁面的瘦結構形式、拘材質(zhì)、高度芬、表面質(zhì)量熔以及幾何形腸狀密切相關繞。所以，吸搖附方式的選舟擇必須綜合斑考慮上述各坦種因素的影辮響，如何求韻得一個最優(yōu)涉解決方案，職以及評價標倡準是我們必追須面對的問前題。推力吸偶附利用直升勉機原理，由庸螺旋槳產(chǎn)生胳的高速氣流鏈產(chǎn)生始終指右向壁面的推高力，從而實掛現(xiàn)了機器人悉的吸附功能補，該吸附機叮構噪聲很大爸且效率很低泊,所以首先據(jù)排除,在真猜空吸附以及全磁吸附之間起進行選擇。拿真空吸附與述磁吸附優(yōu)缺婆點對比見表助3可。吸附種類單吸盤真空吸附多吸盤吸附磁吸附電磁吸附對墻面光潔度要求一般一般較低較低對墻面材質(zhì)要求不高不高鐵金屬鋼鐵金屬是否備氣泵帶帶不帶不帶對墻面?zhèn)Τ潭纫话阈〈蟠笪椒€(wěn)定性低較高較低較高呆表3籠真空吸附與些磁吸附優(yōu)缺貌點對比懸鑒于建筑物母壁面的非導王磁性慮,眠爬壁機器人睛多采用真空惜吸附方式油,皇通常是依靠胡抽風機、真康空泵等真空報發(fā)生設備在壩機器人的吸旁盤和墻壁的物接觸面間形粗成負壓狂,遭依靠壓差使漫機器人吸附悠在墻壁上。辜在日常生活架中，真空吊久具隨處可見楊；疊真空吊具真武空能量存儲占在真空蓄能爆器里喇，鐵主要是依靠敲真空源在抽記空吸盤內(nèi)部蝴的空氣產(chǎn)生棟真空，曬使用時不僅亦對表面無傷極害，而且操情作簡單，安酬全性高。通遼過觀察日常瓣生活中的真罷空吊具，我壁們根據(jù)需要坑設計出綜合釀以上優(yōu)點的貍主輔真空吸凳盤。該吸盤看由圓形的耐塑磨塑料制成擱，輔助吸盤融包圍三個主歪吸盤，此種禾方式的優(yōu)勢顫是減小了吸漆盤失效的可職能性。剩2羨）運動功能凳的實現(xiàn)淡要求：1）較可驅(qū)動真空趨吸盤運動；弦 冷 染2）結構汁簡單，移動辛速度快，適悉應能力強；稠 狂 湊3）壁鋼面光滑且絕跪緣，無其他早輔助裝置；攜方案一：車色輪式（圖暖8組）:外形病與汽車相似糖，有四個小斗型車輪，后冶面兩個車輪鳳通過電機驅(qū)脾動，控制電妹機的運動方撫向與速度，授實現(xiàn)機器人斜的前進、后脂退和轉彎。性機械結構簡溪單，控制簡贊單便捷，運販動靈活，但炮是與墻壁之磨間屬于線接水觸，摩擦力咽小，須特制付車輪以防止前打滑。羊圖酒8輪式運損動兇方案二：履腔帶式（圖棒9勢）：爬墻機妄器人采用的遣是履帶輪作沫為移動機構決。履帶式爬妙墻機器人可壩以連續(xù)運動印，因此可以呀提高移動速宋度。它的最桑大爬行速度紀可以達到魯15m/m拐in嚼，其控制方世式和車輪式緣一致，簡單爬便捷，通過酒編程控制兩紋側電機的運強轉方向、速倒度，實現(xiàn)機炒器人的前進序、后退和轉緣彎。不僅與嫁壁面的接觸尿面積大，適殃應能力強，咬而且硅膠履非帶增強吸附高能力，提高框與壁面的摩配擦力，能有刑效的防止移涉動打滑。臉圖林9履帶運禾動顫方案三：足吧腳式（圖朋10匯）：通過動奔物仿生，設福計四足爬行乳（類似壁虎啟），需要設苗計多項關節(jié)汗和肢體，技框術要求高。船同時驅(qū)動裝昨置眾多，結閣構復雜，體駱積和重量增校大，成本大叉大提高。此挨方案結構復攪雜，操作和細控制難度較早大，工藝性差差，效率較稻低。墊表4運動領方式對比抗圖10足腳炒式運動喇根據(jù)上述要見求，通過查棗找論文等資獎料建表宋4圓，結合實際鐘情況綜合考示慮，采用方啟案二。慎3摟)翻轉功能堵的實現(xiàn)琴方案一：采王用電機控制找的行星輪式監(jiān)結構，在母跟機的末端裝路有伺服電機腦驅(qū)動裝置，士同時傳動出特的動力通過秩相嚙合齒輪染及兩端的裝嗎配形成行星堅輪機構；子弄機與母機末米端帶有連接遭裝置，通過平電磁繼電器帝控制其翻轉鴿處的聯(lián)接，明此時還需攜委帶傳感器等霜設備。制作襯成本高，結炸構復雜，并累且給機器人或本身重量帶蘇來負擔。如渠下圖此11挎所示，功能鐘拓展區(qū)繞1覆轉動，伺服爆電機輸出動補力通過齒輪掩3與齒輪4懸嚙合，齒輪棒3在繞2自浩轉的同時，狹也繞1公轉花，形成行星銀輪機構。坡士1.軸1弟2.誤軸2砍3.齒輪乏1熱4.齒輪2忌5報.功能拓展訓區(qū)昆6.電磁繼濁電器廈7.電動機你8.母坐機榆圖耽11行星繁輪系翻轉機鬼構塊方案二：大岔變形柔性鉸班鏈由彈性較酬大的橡膠材櫻料制成貢,恰具有無摩擦裹、變形大、紹疲勞強度高垃等特點；當抓使用大變形常柔性鉸鏈時強，其兩端凹征槽為與母機火與子機的連懷接端，中間俗為變形段，軟如圖叉12微；當連接的僑子母機運動飯至需翻轉處臨時，前側機釋器人關閉動齒力源，后側谷擠壓前側機舒器人，與此殲同時前側機顆器人前端的脊翻轉輪與圓榮弧形結構的不設計使大變慧形柔性鉸鏈隸擠壓并逐漸壓帶動前側機位器人翻轉，抖直至翻轉的劑那側的爬壁現(xiàn)機器人與墻出壁接觸，形磚成真空負壓尚，此時后側奴機器人關閉劃動力源。在普此過程中通愚過壓力傳感棟器的檢測，疏完成由任一為墻面向任一冒墻面上的翻親轉。眉僅旦險圖矮12大變?yōu)a形柔性鉸鏈顏綜合考慮兩他種方案，方捐案二無需任雕何附加動力慌，且機構簡談單，自適應巾性好，成本帝低，明顯優(yōu)宇于方案一，藝由此選擇方筋案二。遠4豪）控制功能慈的實現(xiàn)毯要求：1呈)使用成本熱低，開發(fā)周窯期短；規(guī) 圓 襲2)可糠拓展性強，歡易于維護和機更新；強 初 烏3)系如統(tǒng)穩(wěn)定，反私映靈敏，操貼作方便；艦方案一：5臉1單片機開掉發(fā)板與紅外惑遙控控制系豎統(tǒng):即以懼51單片機內(nèi)為控制核心睡，驅(qū)動各個話運動部件及孕傳感器，綜絕合收集傳感堵器信息并分序析，如下圖剪13喂所示；操作追人員通過紅豎外遙控器進以行機器人的皺運動控制，糊與此同時5擦1單片機通圾過對超聲波膛傳感器，壓醉力傳感器等致信息的處理浮，綜合決定扶爬墻機器人決的運動。（漲避免由于人尚為的誤操作否，撞上障礙竟物或超過爬筍行壁面等，演降低風險保鴉護機器。）燕圖導1351序單片機控制太系統(tǒng)框圖粒方案二：A桂rduin本o電路板下仗位機與WI型FI上位機控（平板、手踩機等智能終促端）控制系勵統(tǒng)：即以A肚VR單片機鵝為控制核心米，基于Ar欄duino嚇開源電子原棍型平臺辣進行控制系執(zhí)統(tǒng)設計，通各過外圍壓力精傳感器與距悄離傳感器，欲搭建起一個反能自動避障敞、自動翻轉獲識別的系統(tǒng)邪，由WI息FI連接上跡位機And苗roid咱APP進行痕視頻實時畫見面?zhèn)骰夭⑦h錢程控制的爬啞墻機器人，眠系統(tǒng)聯(lián)系如允下圖磁14育所示。序根據(jù)上述初寨始方案，培查找論文、后書籍等資料霉?？芍?，愁Ardui婚no是一款凍便捷靈活、亭方便上手的才開源電子原猴型平臺，包按含硬件（各峰種型號板）呈和軟件（I定DE)。刺系統(tǒng)開發(fā)周速期短，有許曉多成熟的庫姻文件，編程所容易，調(diào)試啊方便，易于搏上手，外圍茄傳感器模塊愛化程度高，里方便使用且嚼成本低廉剪（控制板代煩碼見附件三禁）魂；開發(fā)An檔droid阿APP運使用MIT狹的App欠Inven汗tor可以曾方便的編寫側好所需的A壁PP程序；便如今智能手塔機普及，通喇過Andr懷oid應用劃控制爬壁機暮器人，更加夸方便且不受耍位置限制。絮如果基于5井1單片機開奮發(fā)系統(tǒng)，開刮發(fā)難度高，漠編程代碼量堆大，切模塊遙化程度低，馳不宜調(diào)試和茂維護；紅外共遙控容易受亮機器人位置舉的影響而無熄法準確的下金達命令。因叛此，綜合各布方面因素考鋤慮，采用方塵案二。咬圖亮14現(xiàn)Ardu彼ino開發(fā)捧板控制系統(tǒng)檢框圖它方案確定例：歌根據(jù)系統(tǒng)結雅合法結合所哄有子功能，創(chuàng)形成初步設異計方案，再爬評價和篩選趕初步設計方熊案（主要通版過技術經(jīng)濟央評價），確申定吸附系統(tǒng)陣采用真空恒式賀的主輔列雙層四奪吸盤斤結構鵲，移動系統(tǒng)本采用硅膠式判履帶，翻轉多功能采用大盛變形柔性鉸縫鏈；捉下步飾將進行技術蜜設計階段，帥確定結構原斤理方案，而塘后進行總體微設計和結構桃設計以及工茅藝設計。荷經(jīng)過方案論虹證與分析，維最后確定以謹下結構方案鋒，通過對個博結構方案的看計算分析（惑見附件一）受與建模仿真察（見附件二肢），諷證明了其理春論上的正確銷性以及可行泛性。以下為腹最終結構方皆案：棍在結構方案向設計中，總劇體布局上采童用簡單的對費稱結構，秒受力均勻灘,行真空吸盤琴位于許底盤中央，曉提供足夠的皮吸附力，槽硅膠履帶對杯稱布置糊，郊提供機器人鮮移動的摩擦虎力稼驅(qū)使運動嶄。無零部件設計喂充分考慮強指度、剛度、耗可靠性等機請械性能，以省及加工工藝冰性、產(chǎn)品經(jīng)據(jù)濟性和環(huán)保蛛性等諸多因扮素?？紤]到椒部分零件是論標準件、可淋以購買;同鏟時除部分要鼠求加工精度驕高的部分需靠要特殊加工鼠外，大多數(shù)墾都可以通過條3D打印技森術加工，由母此可以節(jié)約鳥制作成本。坊3D打印常淘用材料有尼戚龍纖維、鋁顯材料、鈦合摘金、不銹鋼將、鍍銀、橡信膠類材料等帳。在查閱資受料時發(fā)現(xiàn)，慢打印結構的巡排斥性是很趨低的，換句劇話說，3D欲打印能夠打狼印出很多的籠結構類型，鳥甚至一些復塔雜的結構對掠它來說也易判如反掌利用槐3D打印性“歐切片式等”弦的原理，可串以非常便利咬的完成制作煌。加工零件羊見表鹿5溜。序號名稱數(shù)量3D打印材料1底盤１ABC塑料2吸盤３ABC塑料3吸盤螺釘１２樹脂4履帶１ABC塑料5履帶輪４ABC塑料6安全閥１樹脂7電機固定架３樹脂8柔順鉸鏈１橡膠岡表曉5梁磚主要零件信憶息盜1童）盛原動裝置棉原動裝置采餓用直流動電榮機和鋰電池原作為動力源原。鋰電池額胸定容量10騎00mAh眉，電壓12逐V。伺服電絕動機的額定踩電壓為12孫V，額定功紋率17W，可轉速7令80r/m譯in，額定聯(lián)轉矩1.3妄N岡·土M。學鋰電池能量衫比較高，具且有高儲存能撤量密度，使曬用壽命長，邪具備高功率桶承受力，便韻于高強度的寇啟動加速，批體積小、重串量輕，綠色遵環(huán)保，不論衛(wèi)生產(chǎn)、使用冷和報廢，都腿不產(chǎn)生有毒灣有害重金屬愿元素和物質(zhì)授。拾伺服電動機處可使控制速釋度，位置精共度非常準確辛，可以將便電壓懷信號轉化為如轉矩田和轉速以驅(qū)鳳動控制對象斤。伺服撲電機惡轉子轉速受千輸入喬信號渣控制，并能災快速反應，杏在自動控制埋系統(tǒng)中，用訊作執(zhí)行元件鑒，且具有具起動轉矩決大曾，調(diào)速性能丙好，過載能牽力較強。晝據(jù)以上分析筑，我們確定醋采用原動裝榮置采用伺服感電動機和鋰書電池。螺2冰)負抽氣裝置潤氣動隔膜泵詳是容積泵中騾較為特殊的債一種形式幅，采用壓縮體空氣為動力介源，利用缸展內(nèi)的隔膜來撞回鼓動做功淺，達到輸送昂各種介質(zhì)的束目的。其原惜理(如圖聾15什)是沾依靠一個隔繭膜片的來回貸鼓動而改變雁工作室容積逃來吸入和排豆出哀氣墾體的。仙1電機啟動很驅(qū)動10凸殊輪，10凸尊輪經(jīng)軸承帶激動曲柄旋轉忘，從而使膜螞片來回運動冷發(fā)生形變。式1電機驅(qū)動縣時使兩氣室短分別同時處墻于吸氣和排田氣的狀態(tài)，億7飛輪充當撕儲能裝置，米使凸輪走過酷死點。當6機膜片運動使嗓2氣室中的感體積增大時誤，吸盤中的印氣體從5吸胳氣管經(jīng)4單奉向閥進入氣漸室，當6膜引片運動使2寶氣室中的體娛積減少時，棵吸盤中的氣距體從3吸氣森管經(jīng)4單向僻閥從氣室中班排出。從而俊將吸盤中的醉氣體吸出，絡形成真空。盾圖栗15隔膜惱泵結構示意竹圖盡選用優(yōu)勢：仇1)由于吸蚊附裝置采用種的是雙層吸據(jù)盤機構，需權要雙氣泵或臭者氣泵與各旁種壓力閥聯(lián)輪合使用。兩魔種情況都會與增大機器人揚的體積和質(zhì)偶量，布局和摔設計更加復軋雜，系統(tǒng)控在制量增大。蒸2)在機器芝人清潔過程團中，可能含傻有較大顆粒雅的灰塵，使埋用普通泵會熔造成堵塞，乘而氣動隔膜澆泵則不僅不暗會發(fā)生此種績狀況，且可千以當作是對辦壁面的再一撫次清潔。犬3)氣動隔黨膜泵沾可以空運行賢，司安全性能好友。棕在泵將吸盤艘中抽成相對卵真空時，泵秀會停止下不警被燒壞，提婦高了整個機顏器人的安全申性能。宰4)無需脆復雜的控制童系統(tǒng)，體積灑小、重量輕用，便于移動挑。無需潤滑往所以維修簡棗便，泵始終執(zhí)能保持高效孕，不會因為機磨損而降低隸。貌表刺6夾氣泵對比音表齡3鵲)醫(yī)底盤設計民真空吸盤在濟吸附時主要重的失效形式鄙是吸盤與工饑件貼合不理拴想產(chǎn)生大量裝泄漏，導致寄破壞真空，烈失去吸附性販能。在單吸侍盤行走的過奏程中遇到墻霜壁的微小縫宜隙或者壁面情與壁面接頭鑄處時，會導替致吸盤漏氣通，吸附力不括足，為解決餅該問題，暫檔決定采用圖腐16背所示的三吸淚盤結構。根煤據(jù)兩點確定巨一條直線，承至多有2個占吸盤吸附能撥力下降，所醫(yī)以在工作情營況下至少一膊個吸盤保持流正常工作，絕保證機器人鐘正常工作。抬由于單個吸怠盤所負壓產(chǎn)投生墻體的壓挽力有限，出術于安全考慮托最終確定如方圖是17帳所示吸盤組煌；外層為大躬吸盤提供初漂步真空，而豬內(nèi)層三個吸件盤的在初步建真空基礎上戀形成再真空末，使吸附更馬可靠。同時張當內(nèi)層吸盤門通過壁縫時簡真空度減小肅時，外層的奸大吸盤也可越起保護作用耍。旅釘圖里16梁幼無安全緩釋沖吸盤布置豪圖誓扎膀圖糖17具有吩安全緩沖吸逝盤布置圖嗓仁當吸盤1與怕吸盤2因壁政縫影響而不鄭能正常工作絮時，吸盤3祖正常工作；買若壁縫相對答移動到右下榆圖時，吸盤級2與吸盤3橫均正常工作喂，如圖顆18底，從而實現(xiàn)拼了跨越壁縫雅的功能。他圖涼18吸盤跨誤縫的簡單原微理示意圖鳳4封)時執(zhí)行裝置騰執(zhí)行裝置目撥的是為實現(xiàn)顫壁面清潔、踏攝影、移動鏡投影、墻繪趙等四項功能論，采用可拆廚換裝置，閑易置時，并功店能實現(xiàn)裝置虜收入多功能座工具箱。

價壁哨面清潔執(zhí)行她機構：采用嚴背膠魔術貼植，將可更換庭抹布粘在多省功能爬壁機躬器人的功能號區(qū)，如圖貫19兇所示，清潔績抹布上凹槽落設計可收集擴臟物，以免鉗其進入吸盤視；開啟機器浮人運動，當陪接觸到壁面娘邊緣時，所你搭載的超聲逐波距離傳感蠢器將信號反浴饋給控制系照統(tǒng)進行處理街，確定壁面嫌尺寸形狀以蒼后進行軌跡胞的計算實現(xiàn)缺對壁面的全而尺寸無死角升的清潔。望圖交19清潔銳抹布建模圖緞及示意圖表墻繪執(zhí)行機冷構：將顏料碧繪筆末端與影預留的卡槽憤相配合，如鳳圖陪20夏所示，將繪掃筆顏料更換唱部分與控制牛系統(tǒng)相連接霜，在移動終勾端內(nèi)輸入需啊要的圖畫，與并確定繪圖驗基準，由控研制系統(tǒng)確定潛攜帶繪筆的日爬壁機器人樸的運動路徑楊實現(xiàn)墻繪功圖能。吃圖血20芽墻繪筆建碰模圖窯攝影、移動昏投影執(zhí)行機陪構：將攝像多頭、微型投設影儀，通過撈卡槽與機器厲人外殼連接蹲，如圖宜21落所示，通過宏機器人移動答至需要位置杏，即可自動竊開啟設備，袋實現(xiàn)全方位款的攝影與移臘動投影。爐圖馳21攝像庸機構建模圖焰2、余進度安排：攝2023年夕4月割-5月海，理論設計炎及建模勿2023年柳6月，成品岔制作與調(diào)試以2023年汽10月，代境表湖南大學疾參加御湖南省第十霧一屆滾挑戰(zhàn)杯知比賽躍2023年膊2月，論文淘總結及肌成品儲改進蚊3、柴預期成果：績1豐、壓代表湖南大絞學參加湖南遙省束挑戰(zhàn)杯比賽葵，期望畜取得好成績咬；者2夫、箭參加全國坑機械產(chǎn)品數(shù)匙字化大賽末，期望呢取得鞭好成績錫；狗3錫、宿該作品可適穗用于生活各腹個方面，塌根據(jù)機器人轟的特點，該廣產(chǎn)品針對兩姥方面的碗需求客；一方面主閃要服務于高藏層建筑清潔貢，壁面檢修雹與墻繪；另廚一方面用于啞移動投影，曠全方位攝影免，多角度自棉拍。目前市細場上的高層懂壁面作業(yè)機畫器人類型較鐵少，并且功斜能單一，安戒全問題也不慮能保證；與暢此同時該機抖器人的出現(xiàn)眉給投影設備益帶來了自由漏移動控制的訊方便性，解鑼決了墻繪易更出現(xiàn)不滿足骨雇主意愿、撈效率較低，少工作時所占可空間較大的垂問題，并且國移動投影鳳也鍋給生活帶來圾了松許多悄便利性和娛中樂性。由于模集多項功能菠于一體，減半小了成本，續(xù)具有良好的洋經(jīng)濟性。使以期為將來戚多功能爬壁傘機器人的研爹究發(fā)展帶來垂借鑒意義。翅指導教師意沈見終同意推薦擔簽字：析錯運微日期：附錄一：理論計算與分析1、大變形柔性鉸鏈的設計與分析柔性鉸鏈是經(jīng)過一體化設計和加工并利用材料彈性變形來實現(xiàn)預期運動的具有一定形狀的特殊運動副。大變性鉸鏈可由彈性較大的橡膠材料制成,具有無摩擦、變形大、疲勞強度高等特點；而圓角型柔性鉸鏈，鏈的變形集中在柔性鉸鏈的圓弧部分,該鉸鏈最大變形角α為：漢其中，L與星C為系數(shù)，躺M為轉矩，江R為圓角型科鉸鏈的半徑灶，t為厚度哄，b為厚度耕，荒θ百為R對應的說角度忽略柔植性鉸鏈圓弧賢以外部分的章變形，此種桶方法完全符損合實際需要鄙，而且柔性早好、轉角范畢圍大億,泳所以該項目憲采用此種大厲變形柔性鉸橫鏈，如下圖蔽1所示。圖1達在大變形柔耀性鉸鏈的基健礎上，通過絮位移傳感器與與壓力傳感毯器的精確控諒制實現(xiàn)壁面剛間的翻轉，毛具有良好的驅(qū)自適應性，壤結構簡單。拆橡膠材料的型應變桌—瞧應力關系屬脫于大變形允,象不滿足廣義殖胡克定律的綠小變形假設柿，可用悼Moone巾y2Riv歡lin箏模型來描述鼠以橡膠材料低為基質(zhì)的柔講性鉸鏈力學夾特性。由于應適用范圍的嘗限制，要求尚對柔性鉸鏈依的轉角最大西值進行躁α陡一定的限制件,須α餡|rad與鼠參數(shù)塞t假/R它港的關系如圖亡2失.圖2易考慮到機器火人的大小與菠體積，可拆育卸大變形柔艷性鉸鏈的寬織度b=12挑cm；若需才自豎直壁面外翻轉至天花至板，則翻轉住的角度為9昆0度，由上猾表可知，鵝t/R=0猶.5；翻轉折時，當母機批行至另一側擱壁面，此時倉若使子機通走過大變形柔等性鉸鏈變形動自動回復，湯需要的力矩拍為：錘M=F×茶L=G×親2/L1=蹈1.1N旱﹒仿m批由上述兩個理已知條件來強設計大變形暮柔性鉸鏈并諒進行有限元挽分析，用二成分法不斷逼秧近，求取其久最優(yōu)化結果晉，設計過程糊如下所示：予a)首先假醒定t=1c燭m,R=2繩cm,在鉸百鏈施加1.愛1N竟﹒駛m的力矩時守，其ANS炊YS有限元工受力分析如崇圖3所示：煉此時其剛度躲符合要求，排但變形角度哈遠小于90汗度，故不符風合設計要求墳,并且R應受減小。圖3哄b)假定t子=0.3c肯m,R=0寄.6cm,黨在鉸鏈施加生1.1N姓﹒艷m的力矩時掃，其有限元清受力分析如筒圖4所示：嚴變形過大，阻剛度符合應杯用要求，所續(xù)以適當增加別R的值。蹦處壘堵朵下圖4黑c)假定t蔽=0.5c閑m,R=1僻cm;在琴鉸鏈施加1慢.1N誰﹒踩m的力矩時漁，其有限元籌受力分析如臭圖5所示：稼此種情況下倒剛好符合設睬計要求，故徹大變形柔性嫁鉸鏈t=0擋.5cm,狹R=1cm跪;而與子母恥機相連的可狗拆卸結構選艷用內(nèi)凹性，罪受力穩(wěn)定，粗安全可靠。圖5您2、吸附申力的計算與珍分析豐A0伸—篇吸盤與壁面怪的接觸面積懂；A辱—過吸盤腔內(nèi)面舌積；番P0姿—考吸盤腔內(nèi)的稱壓力；感兩P憤—粘吸盤外部的藥大氣壓力；茅G倒—丸母機機器人走的重量；估速變G1周—而子機機器人領的重量；抹F紐—昆機器人的驅(qū)偉動力；順暴F1績膛—查履帶與壁面區(qū)的摩擦力；輛n浪—查安全系數(shù)，識取2。慢吸附力滿足毛要求是機器覽人整個設計太制作過程中賓最根本的問枕題。由吸盤蜜結構可知，赴在機器人運雁動過程中，普輔助吸盤起銷密封保護作浩用，而三個排主吸盤決定鄙吸附力的大梅小，因此我汗們主要分析關三個主吸盤冠的力學性能莫。由底盤的用面積確定輔帳助吸盤的的伍R=13c輝m（不包含據(jù)密封厚度b蝦），利用C含AD建模確叛定三個最大買內(nèi)切圓，考銳慮到機器人體可通過的最唱大縫隙為2望0mm,兩錘吸盤間的間凝距為d;拜即2b+絞d=20。杜由實際工作翁條件，對三晶個主吸盤進踩行有限元分佩析，施加0鑒.03Mp蠶a（由理想拌壓力與接觸菌面積比值確張定）的壓力舊時，如下圖他6所示，在繩滿足剛度強裕度及應力的帆條件下，通龍過改變b的駛值不斷進行動優(yōu)化，最終萬確定b=8參mm,d=暈4mm.圖6拾真空氣泵的別抽氣速率迫S=2.3這03V/t傾*Log(泊P1/P2洗)

下，而微型隔脾膜泵流量大智于等于1.蠶1L/mi綁n，真空度少可達-50腹kpa,可敗抽氣至半個菠真空度，此勵時最大吸附五力為：訴F=P×債(A+A0碗)-P0×今A低A0=0.制00116臨，A=0.置0024，豪所以F=2嚴24.3N稼而在實際工宴作過程中，臘由于壁面粗舍糙度的不同社及考慮壁縫喉存在時，安羨全系數(shù)n=愚2,吸附力努可達到11達2.15N則，此種硅膠災的摩擦系數(shù)交為0.97毀，可最大負攤重11.2芹kg的重物搶；由此可知密此種設計的抓大變形柔性草鉸鏈是完全錢符合功能需江要的。屈3、吸附檔力與驅(qū)動力瀉的關系字當吸附力過落大時，吸盤惠與壁面靜摩例擦力較大導羽致機器人難徑以驅(qū)動，無訴法靈活運動被，所以吸附錄力與驅(qū)動力峽存在一定的續(xù)關系，通過億以下的過程夠進一步探討抵二者之間的創(chuàng)關系。獎負壓的控制子通過調(diào)節(jié)隔棟膜泵的電機展電壓來改變籮電機的轉速割，同時采用峽負壓傳感器齡作為檢測元械件，實時檢地測負壓的變嫂化，反饋給保控制器，為韻調(diào)整壓力提桂供依據(jù)。P賞0由隔膜泵碗的抽氣速率陽決定，F(xiàn)由把伺服電機決晃定，兩者在穿不同狀態(tài)下丘分別對應不檔同的關系式過，通過控制放系統(tǒng)調(diào)節(jié)，刷根據(jù)壓力傳駁感器采集的餡壓力值調(diào)節(jié)廉吸附能力，豈所以在運動厲中要找到每怎一種情況下屆對應的對應狐關系?？梐)在豎直講壁面運動直如下圖7左滾所示，1為腦壁面，2為氧吸盤，二者妙之間構成真亡空室。工作項時吸盤與壁爛面之間形成駛密封腔，此松時水平方向省的正壓力滿勵足：很N=P×丈(A+A0竹)-P0×梳A≥擴0冷其次，機器征人運動時，圖需滿足驅(qū)動逝力至少等于觸摩擦力與重補力之和，陣F≥蹦F1+G慣F-N×乳u-n×騰G≥注0煌F-[P×(A+A0)-P0×A]×春P0≥蓄[(n×謀G-F)/帖u+P×(A+A0)搜u為摩擦系劣數(shù)，取0.鳴97，由上恒式可得出除輝P0與驅(qū)動秋力F外，其否他量均為已設知量，同時鑼也得到P0光余F的關系位。寧當機器人在宰豎直壁面運舉動時另一種意極限情況時押，如下圖右專所示，此時橡水平方向上袍滿足：F≥[P肉豎直方向上囑滿足：n×G=F1P0≥[P×(A+A0)×院u-胸F]圖7亮b)在壁面被翻轉土翻轉時，機梁器人的可靠仗性分析主要臂集中在機器叫人重力與傾秤覆力矩的分滲析。當母機月與子機運動剪至剛開始翻校轉時，如下睛圖8所示，板母機此時不聾工作，通過性大變形柔性方鉸鏈與前段猜翻轉弧設計世逐漸貼合另早一墻面，整鬧個系統(tǒng)的動莖力源來自于門子機，此時貫同樣需滿足渴：間N=P×滾(A+A0燒)-P0×襲A≥趕0離F-N×別u-n×(頓G+G1)≥半F-[P×(A+A0)-P0×A]×啟P0≥鍵[(n×(施G+G1)委-F)/u毯+P×泳與第一種情例況相比，此杏時整個系統(tǒng)拌的重量增加富了G1嘩，其他均不役變。糧當母機與子替機運動至即隊將翻轉結束價時，如下圖查所示，子機根此時不工作棕，通過大變時形柔性鉸鏈慘并逐漸翻轉戀至天花板，挺母機此時工駛作并貼緊整嘆個壁面運動姐，整個系統(tǒng)能的動力源來皆自于母機，也此時水平方遺向需要滿足厲：輔F≥疼F1，即F≥[P×旱豎直方向需滴滿足：[P×P0≥嘩[P×A+A0×u最-F]/必P0≤[G+圖8由受力蒙分析可知，佳此時機器人搜系統(tǒng)受到的漁傾覆力矩最槍大,并且底繪盤如下圖9葵左裝配于底拐部時是最危銳險的。為了距簡化計算，匆我們研究此冷種極限情況俱來判定其可色靠性。根據(jù)塞實際情況我懇們完全假定鑒各個主吸盤誦的真空度是意相同的，則危作用在所有求吸盤組上的晶吸附力是相古同的,同樣愚對壁面的吸煉附力大小均定為N/3;侄由受力分析豬列出力矩方親程：32r×N3×P0≤[圖9綜合誓可知，在機銀器人翻轉的枝整個過程中作，同樣可通銀過控制系統(tǒng)嘉控制隔膜泵峰抽氣速率與留伺服電機控匪制F的關系謹來實現(xiàn)翻轉欺功能。賓c)在天花亭板運動轟當母機或子雹機運動時，舅水平方向需籮要滿足：喇F≥糊F1，即F≥[P×健豎直方向需綢滿足：[PP0≥陵[P×A+A0×u生-F]/及P0≤[G-立當在天花板椒運動時，同且樣可通過控筐制系統(tǒng)來實增現(xiàn)運動功能好。端4、變速箱票的設計皆在傳動裝置領中，考慮到傍伺服電機輸剩出的額定轉膀矩及轉速，禿我們在伺服按電機的輸出替端采用可增唯大轉矩、減敲小轉速圓柱扁齒輪傳動減盈速箱結構。倦根據(jù)其功能丟要求可知，犯機器人的運哲動速度不宜賭過大；當運辮動速度過高糠時，噪音大菌、安全性也廉降低，通過變分析和運動同仿真，講基于高效性米和安全性兩蠶個因素判，模擬其爬暮壁及工作過軍程并考慮安嬸全系數(shù)的影返響，我們最蔑終確定最大坡速度為15坐M/min柳。輸入條件：形1）機器人拜移動的最大組速度憲15m/俱min;饞2）機器人符移動的最小槍速度絮1.8m圓/min;丘3）電動機扣的額定轉速為鋤nd=類780r塑/min;阻4）電動機慌的額定功率圾譯P=2暑.8w；皆5）電動機陜的最高轉速勿茅ndm季ax=13插500r粉/min;設計參數(shù)：該取履帶直徑供D=6c側m，由v=座3.14D區(qū)n；迎則鏈輪的最穩(wěn)大轉速：貓nLmax福=Vmax傅/（3.1吩4*D）=潮1500/頓(6*3.侮14)=8壘0r/m嶼in;法鏈輪的最小烘轉速：仿nLmin躲=Vmin夢/（3.1狠4*D）=匠180/(會6*3.1幸4)=9.崖554r慎/min;予鏈輪要求的煮恒功率調(diào)速融范圍：茶RLN=目nLmax納/nL彼min=交80/9.伏554=8遷.377;錫電動機可達它到的恒功率美調(diào)速范圍：鋼RdN=哥ndmax竹/nd堂min=初13500爛/780=薄17.30敬77;得因為RL仁N<R斷dN;碼故只順需在電機額迫定轉速時，改經(jīng)減速箱減維速輸出的鏈灑輪轉速為n絹Lmin=禁9.554鬼r/mi蒙n，電機在此整個需求速笨度范圍內(nèi)都蟲是恒功率變貌速。輸因此減速箱殖的傳動比為玻：天I=nd層/nL圾min=床780/9猾.554=盆82;脊此時電動機旺所需的最大裹轉速為：亡花述N湊d=I杜*nLm通ax=局82*80恨=6560毯r/mi慨n絲結論：減速都箱的傳動比隔i>82,翅電動機的速挨度需求范圍某780~6否560r/砌min言初步確定變職速箱結構的郵總體傳動比丑為90，通貍過五級傳動攔實現(xiàn)，如圖刷10，其傳矛動比分別為優(yōu)Z11：Z瓶12=10古:25；Z四21：Z2克2=11:成26；Z3文1：Z32容=11:2志6；Z41廚：Z42=棵13:31執(zhí)；Z51：脂Z52=1緊0:27。續(xù)使用圓柱齒模輪傳動裝置糖結構緊湊，做承載能力大購，傳動效率徹高，效率值飄可達0.9互-0.97轎；貴圖10現(xiàn)齒輪副的強夢度計算與論桐證整體過程各類似，為不客產(chǎn)生贅述，鼠這里我們對峰Z21：Z嬸22=11胡:26作出塞強度計算及悉論證如下：鞋已知條件：淚P1=2.牙8W，n2廁1=288累0r/mi濃n，z1=暮11，z2報=26，壽草命Lh=1捧200h，遙小齒輪相對監(jiān)其軸的支承粗為不對稱布劈置。仁a)選定齒窗輪類型、精灣度等級、材愚料譽齒輪類型選頂擇：無特別厲要求的情況調(diào)下，優(yōu)先選嗽擇直齒圓柱另齒輪；衫精度等級選娛擇：查P2密10表10備-8，減速料器屬于通用躺減速器，推胞薦精度等級斯為6~8級傾，類比選擇太精度等級為其8級（算比搶較高的）；鳳材料選擇：館查P189剩表10-1分，選擇小齒鄙輪材料為4金5鋼，調(diào)質(zhì)盞處理，硬度剛為240H苗BS；大齒渣輪材料為4衣5鋼，調(diào)質(zhì)瓶處理，硬度洗為240H庭BS；裁b)屬于軟順齒面，按齒存面接觸疲勞虛強度設計視設計公式為煤：兼屈1）、確定肯公式中的各展個參數(shù)值和營系數(shù)漁（1）、試歷選載荷系數(shù)畢Kt=1.鉗3海（2）、小疾齒輪傳遞的桶轉矩為：付（3）、查殿P205表享10-7得驅(qū)齒寬系數(shù)表φ南d=0.2島3盤（4）、查毀P201表折10-6得冶彈性影響系奮數(shù)ZE=1聞89.8（謀Mpa裳?板）敢（5）查P評207圖1禁0-21d猾），以材料露品質(zhì)與熱處惹理質(zhì)量一般寫計(即取M倡L線)，得嶼齒輪的接觸羨疲勞強度極鋤限為：掀小齒輪：舒σ老lim1許=530卻（Mpa）庸大齒輪：凍σ濟lim2飼=530（求Mpa）著（6）、齒飼數(shù)比?。?）、按朗P202式鏡10-13縱計算工作應推力循環(huán)次數(shù)礎為：牲小齒輪：N南1=60n順1jLh=誤60習×說2880蔑×抖1房×停1200=壽2.074去×幸108掩大齒輪：N躲2=N1/尼i=2.0愧74豪×跑108/2嚇.364=榆0.877帆2務×擠108怠（8）、由仙P203圖怖10-19螺查得接觸疲氧勞壽命系數(shù)柜小齒輪蜓KHN噴1=0.9歉5既大齒輪芽KHN濟2=0.9海6辟（9）、取滔接觸疲勞強握度安全系數(shù)很SH=1舒（10）、手則兩齒輪的疏接觸疲勞強壩度許用應力奪為：小齒輪：大齒輪：街2）、代入赴接觸疲勞強疲度設計式并播進行設計計縣算短（1）、按駕設計公式確民定小齒輪分姜度圓的直徑交d1，計算壩時取上面計范算出的兩個館許用應力中莊較小的一個向代入：田（2）、計燥算圓周速度猴ν桶（3）、計驚算齒寬b堂b=支φ滿d委×典d1t=0鴨.23愚×撇5.1=1惰.173(式mm)硬（4）、計旁算齒寬與齒仇高之比b/意h模數(shù)：唉齒高：h躬=2.25臟m=2.2臺5圣×帶0.464牽=1.04渠3（mm）飼b/h=1云.173/分1.043拐=1.12拖(mm)白（5）、計奮算載荷系數(shù)寺根據(jù)熟ν歇=0.6（憑m/s），礦8級精度，掏由P194抵圖10-8錘查得動Z載死系數(shù)KV=抽1.1，直胳齒輪，假設眼KAFt/庫b<100暑N/mm威查P19窗5表10-堪3得齒間載見荷分配系數(shù)法KH堂α事=KF印α有=1.5蟲≥甲1.4裝查P193辱表10-2亮得使用系數(shù)餃KA=1.布0教查P196駕表10-4杰，知8級精叼度、小齒輪張相對其軸的趟支承為不對繩稱布置時的盈齒向載荷分撒布系數(shù)為：鋤KH五β艘=1.16換萌查P198漠圖10-1奔3得使用系游數(shù)KF流β卵=1.25滴∴擠載荷系數(shù)像K=KAK忙VKH坐α贈KH舟β龜=1野×情1.16害×本1.1塵×靜1.5=1三.914石（6）、按嬸實際的載荷是系數(shù)校正前提已計算出來便的分度圓直役徑：轟由P200勵式10-1蓮0a得修正軍后的分度圓怠直徑為：鴨（7）、計勒算并確定模摔數(shù)m歌套標準模數(shù)辱（見現(xiàn)代機裝械傳動手冊筆P82表2猜.2判—紛2），取標來準模數(shù)m=引0.5（G釣B/T13新57-19駐87）淘（8）、計懶算分度圓直薦徑：d1慈=mz1=中0.5薯×頓11=5.汪5（mm）功c)校核齒優(yōu)根彎曲疲勞乞強度劃校核公式為睬：絕1)、確定袋公式中的各趙個參數(shù)值和值系數(shù)搖（1）、載勸荷系數(shù)K捉——恒與上面計算蘿的K值不一搬樣（注意系剝數(shù)KF子α滑、KF驢β湖）疫K=KAK怕VKF單α暈KF港β井凳其中KA和饅KV與前面塑查得的一樣臥：KH扁α投=KF箭α廚=1.5因根據(jù)b/h違=5.37昨7和KH塘β攻=1.16肉（前面已算原出）筆查P198志圖10-1志3得齒向載方荷分布系數(shù)雙KF齡β奸=1.25也∴保載荷系數(shù)螞K=KAK普VKF倡α柳KF扇β勇=1色×盒1.1芒×肥1.5抱×便1.25=冷2.062蓋5厲（2）、小譽齒輪傳遞的寶轉矩：T1選=攝（3）、齒匆寬系數(shù)仍取掩為冒φ匙d=0.2帥3輪（4）、模恨數(shù)按上面剛稼確定的值，番即m=0.躍5殼（5）、小雜齒輪齒數(shù)按訴Z1=11講齒計算胞（6）、查已P200表氏10-5得漏齒形系數(shù)為陡YFa1=較2.3，Y宜Fa2=2均.6（插值賠法）雪（7）、查誰P200表爬10-5得搖應力校正系凈數(shù)為坦YSa1=癥1.46，載YSa2=搏1.595話對小齒輪：洋YFa1芬×答YSa1=鏈2.3內(nèi)×渾1.46=回3.358壘對大齒輪：私YFa2涌×擁YSa2=坐2.6表×女1.595址=4.14濱7堅可見：大齒閑輪的YFa蠅×議YSa=4宴.147較填大些，應取務較大的值代嫌入校畏核式進行遵計算。于是：崖（8）、計額算彎曲疲勞訓強度許用應扣力[長σ眨F]江取彎曲疲勞漿強度的安全曲系數(shù)為SF睛=1.4恐根據(jù)工作應羽力循環(huán)系數(shù)抹N（前已求貧得）查P2薄06圖10硬-18，得楊彎曲疲勞壽而命系數(shù)為：假小齒輪?。憾碖協(xié)FN=0.求95叢大齒輪?。夯IK塵FN=0.波96蹈查P208灑圖10-2錦0c），對僚小齒輪：照σ診FE1=3均30（Mp猛a）公對大齒輪：寫σ辜FE2=3爬30（Mp刊a）本設取無σ冰Fmin=夜σ圓F痕則：對小齒弦輪：對大齒輪：竭（9）、比據(jù)較并判斷由知肉故滿足彎曲職疲勞強度的洪要求，可見柿前面設計所洋得到的數(shù)據(jù)犁是正確的。惕d)幾何齒距輪計算磨1）、計算翁分度圓直徑婚d1=Z1登m=11涉×辨0.5=5照.5(m護m)上d2=Z2纏m=26蜓×堂0.5=1吼3(mm何)印2)、計算洋中心距脂3）、計算炮齒輪寬度由，臥爽由于實際國需要取b1庸=4mm剛e)驗算前做面預設的值，合適律結論：本齒晶輪副符合要河求。附件二：定重要零部件續(xù)工程圖附錄三：尋部分控制代府碼展示應//電機驅(qū)爬動數(shù)字引腳危intA稠IN1=喘6;驚//AI驢N1程intA伴IN2=擇5;添//AI般N2嶺intB露IN1=蛇10;支//BI舅N1屯危鳳intB些IN2=宜9;隊//BI士N2引int想cmdDa礦ta[4]四;吃//定義并一個數(shù)組用戰(zhàn)來存儲串口術接收到的數(shù)伶據(jù)，長度為泛5暢intt壇mpDat廊a;我斃//存放親數(shù)據(jù)的臨時抵變量炸intU奏ARTDa犬taCou覆nt=寸0;扛intn襖=0;文void騎initS噴ervo(喜)疫{匙se筑rvoVc覺l.att厚ach(1伯1);鼻篇//頁數(shù)字引腳：京11艱se購rvoLe略v.att邊ach(3增);需旱//較數(shù)字引腳：赴3弦se計rvoLe閱v.wri網(wǎng)te(MI徹DPULS故E);聰se槽rvoVc籠l.wri蛋te(MI債DPULS